傳熱學(xué)知識(shí)點(diǎn)總結(jié)(word文檔物超所值)

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1、 第一章 1-1 “三個(gè)W” 1-2 熱量傳遞的三種基本方式 1-3 傳熱過程和傳熱系數(shù) 要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)對(duì)熱量傳遞的三種基本方式、傳熱過程及熱阻的概念有所了解，并能進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，能對(duì)工程實(shí)際中簡(jiǎn)單的傳熱問題進(jìn)行分析（有哪些熱量傳遞方式和環(huán)節(jié)）。作為緒論，本章對(duì)全書的主要內(nèi)容作了初步概括但沒有深化，具體更深入的討論在隨后的章節(jié)中體現(xiàn)。本章重點(diǎn)： 1.傳熱學(xué)研究的基本問題 物體內(nèi)部溫度分布的計(jì)算方法 熱量的傳遞速率 增強(qiáng)或削弱熱傳遞速率的方法 2.熱量傳遞的三種基本方式 (1). 導(dǎo)熱：依靠微觀粒子的熱運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生

2、的熱量傳遞傳。熱學(xué)重點(diǎn)研究的是在宏觀溫差作 用下所發(fā)生的熱量傳遞。 傅立葉導(dǎo)熱公式： (2). 對(duì)流換熱：當(dāng)流體流過物體表面時(shí)所發(fā)生的熱量傳遞過程。 牛頓冷卻公式： (3). 輻射換熱：任何一個(gè)處于絕對(duì)零度以上的物體都具有發(fā)射熱輻射和吸收熱輻射的能力，輻射換熱就是這兩個(gè)過程共同作用的結(jié)果。由于電磁波只能直線傳播，只所有以兩個(gè)物體相互看得見的部分才能發(fā)生輻射換。熱 黑體熱輻射公式： 實(shí)際物體熱輻射： 3.傳熱過程及傳熱系數(shù)：熱量從固壁一側(cè)的流體通過固壁傳向另一側(cè)流體的過程。 最簡(jiǎn)單的傳熱過程由三個(gè)環(huán)節(jié)串聯(lián)組成。 4.傳熱學(xué)研究的基礎(chǔ)

3、 傅立葉定律 能量守恒定律+ 牛頓冷卻公式+ 質(zhì)量動(dòng)量守恒定律 四次方定律 本章難點(diǎn) 1.對(duì)三種傳熱形式關(guān)系的理解 各種方式熱量傳遞的機(jī)理不同，但卻可以（串聯(lián)或并聯(lián)）同時(shí)存在于一個(gè)傳熱現(xiàn)象中。 2.熱阻概念的理解 嚴(yán)格講熱阻只適用于一維熱量傳遞過程，且在傳遞過程中熱量不能有任何形式的損耗。 思考題： 1.冬天經(jīng)太陽曬過的棉被蓋起來很暖和，經(jīng)過拍打以后，效果更加明顯。為什么？ 2.試分析室內(nèi)暖氣片的散熱過程。 3.冬天住在新建的居民樓比住舊樓房感覺更冷。試用傳熱學(xué)觀點(diǎn)解釋原因。 4.從教材表1-1給出的幾種h數(shù)值，你可以得

4、到什么結(jié)論？ 5.夏天，有兩個(gè)完全相同的液氮貯存容器放在一起，一個(gè)表面已結(jié)霜，另一個(gè)則請(qǐng)沒問有。哪個(gè)容器的隔熱性能更好，為什?么 第二章 導(dǎo)熱基本定律及穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2-1 導(dǎo)熱的基本概念和定律 2-2 導(dǎo)熱微分方程 2-3 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 2-4伸展體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 要求：本章應(yīng)著重掌握Fourier定律及其應(yīng)用，影響導(dǎo)熱系數(shù)的因素及導(dǎo)熱問題的數(shù)學(xué)描寫——導(dǎo)熱微分方程及定解條件。在此基礎(chǔ)上，能對(duì)幾種典型幾何形狀物體的一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題用分析方法確定物體內(nèi)的溫度分布和通過物體的導(dǎo)熱量。本章重點(diǎn)： 1. 基本概念 溫度

5、場(chǎng) t =f ( x, y, z, τ) ，穩(wěn)態(tài)與非穩(wěn)態(tài)，一維與二維導(dǎo)熱系數(shù)λ ２. 導(dǎo)熱基本定律： 可以認(rèn)為是由傅立葉導(dǎo)熱公式引深而得到，并具有更廣泛的適應(yīng)性。 (1) 可以應(yīng)用于三維溫度場(chǎng)中任何一個(gè)指定的方向 (2) 不要求物體的導(dǎo)熱系數(shù)必須是常數(shù) (3) 不要求沿x方向的導(dǎo)熱量處處相等 (4) 不要求沿x方向的溫度梯度處處相等 (5) 不要求是穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 3. 導(dǎo)熱微分方程式及定解條件 1)導(dǎo)熱微分方程式控制了物體內(nèi)部的溫度分布規(guī)律，故亦稱為溫度控制方程只適用于物體的內(nèi)部，不適用于物體的表面或邊界。受到坐標(biāo)系形式的限制。其推導(dǎo)依據(jù)是能量

6、守恒定律和傅立葉定律。 2)定解條件 定解條件包括初始條件和邊界條件。 第一類邊界條件給定邊界上的溫度值 第二類邊界條件給定邊界上的熱流密度值 第三類邊界條件給定邊界對(duì)流換熱條件 3)求解思路 求解導(dǎo)熱問題的思路主要遵循物“理問題 數(shù)學(xué)描寫 求解方程 溫度分布 熱量計(jì)算” 4. 一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的解析解 1)如何判斷問題是否一維 2)兩種求解方法 對(duì)具體一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源常物性導(dǎo)熱問題，一般有兩種求解方法：一是直接對(duì)導(dǎo)熱微分方程從數(shù)學(xué)上求解，二是利fourier用 定律直接積分。前者只能得出溫度分布再應(yīng)用fourier 定律獲得熱

7、流量。 3)溫度分布曲線的繪制 對(duì)一維穩(wěn)態(tài)無內(nèi)熱源導(dǎo)熱問題，當(dāng)沿?zé)崃鞣较蛴忻娣e或?qū)嵯禂?shù)的變化時(shí)， 依此很容易判斷溫度分布。 本章難點(diǎn)： 本章難點(diǎn)是對(duì)傅立葉導(dǎo)熱定律的深入理解并結(jié)合能量守恒定律靈活應(yīng)用，這是研究及解決所有熱傳導(dǎo)問題的基礎(chǔ)。 思考題： 1. 如圖所示為一維穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的兩層平壁內(nèi)溫度分布，導(dǎo)熱λ系均數(shù)為常數(shù)。試確定： (1)q1，q2及q3的相對(duì)大小；(2) λ1和λ2的相對(duì)大小。 2. 一球形貯罐內(nèi)有-196的液氦，外直徑為2m，外包保溫層厚30cm，其λ= 0.6w/m.k。環(huán)境溫度高達(dá)40 ，罐外空氣與保溫層間的h

8、=5w/m2.k 試計(jì)算通過保溫層的熱損失并判斷保溫層外是否結(jié)霜。 3. 試推導(dǎo)變截面伸展體的導(dǎo)熱微分方程，并寫出其邊界條件。假設(shè)伸展體內(nèi)導(dǎo)熱是一維的。 第三章 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱 3-1非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本概念 3-1集總參數(shù)法 3-3非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程的微分方程分析 要求：通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)熟練掌握非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的基本特點(diǎn)，集總參數(shù)法的基本原理及其應(yīng)用，一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題的分析解及海斯勒?qǐng)D的使用方法。讀者應(yīng)能分析簡(jiǎn)化實(shí)際物理問題并建立其數(shù)學(xué)描寫，然后求解得出其瞬時(shí)溫度分布并計(jì)算在一段時(shí)間間隔內(nèi)物體所傳遞的導(dǎo)熱量。本章重點(diǎn)； 一. 非

9、穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱過程 1. 實(shí)質(zhì)：由于某種原因使物體內(nèi)某點(diǎn)不斷有凈熱量吸收或放出，形成了非穩(wěn)態(tài)溫度場(chǎng)。 2. 一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的三種情形：見教材3圖-3。 3.Bi,Fo數(shù)的物理意義 二. 集總參數(shù)法 1. 實(shí)質(zhì)：是當(dāng)導(dǎo)熱體內(nèi)部熱阻 忽略不計(jì)即Bi 0時(shí)研究非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的一種方法。判別依據(jù)：Bi<0.1M。 2. 時(shí)間常數(shù) 3. 幾點(diǎn)說明：導(dǎo)熱體外的換熱條件不局限于對(duì)流換熱。建立導(dǎo)熱微分方程的根本依據(jù)是能量守恒定律；由Bi數(shù)的定義，若h或特征長(zhǎng)度d未知時(shí)，事先無法知道Bi數(shù)的大小，此時(shí)先假設(shè)集總參數(shù)法條件成立，待求h或出d之后，進(jìn)行校核。 三. 一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)

10、熱分析解 1. 前提：一維、無內(nèi)熱源、常物性Bi，或有限大。 2. 非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的正規(guī)狀況階段：Fo>0當(dāng).2以后，非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱進(jìn)入正規(guī)狀況階段。此時(shí)從數(shù)學(xué)上表現(xiàn)為解的無窮級(jí)數(shù)只需取第一項(xiàng)，從物理上表現(xiàn)為初始條件影響消失， 只剩下邊界條件和幾何因素的影響。 本章難點(diǎn)： 1. 對(duì)傅立葉數(shù)Fo和畢渥數(shù)Bi物理含義的理解。 2. 集總參數(shù)法和一維非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題分析解的定量計(jì)算。思考題： 1. 兩個(gè)側(cè)面積和厚度都相同的大平板，也一樣，但導(dǎo)溫系數(shù)a不同。如將它們置于同一爐膛中加熱，哪一個(gè)先達(dá)到爐膛溫度？ 2. 兩塊厚度為30mm的無限大平板，初始溫度20℃

11、, 分別用銅和鋼制成，平板兩側(cè)表面溫 度突然上升到60℃，試計(jì)算使兩板中心溫度均上升56到℃時(shí), 兩板所需時(shí)間比。已知a 銅 =103，a鋼=12.9(10-6m2/s) 。 3. 某同學(xué)擬用集總參數(shù)法求解一維長(zhǎng)圓柱的非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱問題，他算Fo出和了Bi數(shù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)Bi不滿足集總參數(shù)法的條件，于是他改Fo用和Bi數(shù)查海斯勒?qǐng)D，你認(rèn)為他的結(jié)果對(duì)嗎，為什么？ 4. 在教材圖3-6中，當(dāng) 越小時(shí)， 越小，此時(shí)其他參數(shù)不變時(shí) 越小。即表明 越小，平板中心溫度越接近流體溫度。這說明 越小時(shí)物體被加熱反而溫升越快， 與事實(shí)不符，請(qǐng)指出上述分析錯(cuò)誤在什么地方。 5. 用

12、熱電偶測(cè)量氣罐中氣體的溫度，熱電偶初始溫20度℃，與氣體表面h=10w/m2.k ，熱電偶近似為球形，直徑0.2mm。試計(jì)算插入10s后，熱電偶的過余溫度為初始過余溫度 的百分之幾？要使溫度計(jì)過余溫度不大于初始過余溫度1%，的至少需要多長(zhǎng)時(shí)間？已知熱電偶焊錫絲的 =67w/m.，k ρ=7310kg/m，c=228J/kg.k。 第五章 對(duì)流換熱 5-1 對(duì)流換熱概說 5-2 對(duì)流換熱的數(shù)學(xué)描寫 5-3 對(duì)流換熱邊界層微分方程組 5-4 相似理論基礎(chǔ) 5-5 管內(nèi)受迫流動(dòng) 5-6 橫向外掠圓管的對(duì)流換熱

13、5-7 自然對(duì)流換熱及實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式 要求；通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)從定性上熟練掌握對(duì)流換熱的機(jī)理及其影響因素，邊界層概念及其應(yīng)用，以及在相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)研究方法，進(jìn)一步提出針對(duì)具體換熱過程的強(qiáng)化傳熱措施。本章主要從定量上計(jì)算無相變流體的對(duì)流換熱，讀者應(yīng)能正確選擇實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式計(jì)算幾種典型的無相變換熱（管槽內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流，外掠平板、單管及管束強(qiáng)制對(duì)流，大空間自然對(duì)流）的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及換熱量。 本章重點(diǎn)： 一. 對(duì)流換熱及其影響因素 對(duì)流換熱是流體掠過與之有溫差的壁面時(shí)發(fā)生的熱量傳遞導(dǎo)。熱和對(duì)流同時(shí)起作用。表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)h是過程量。 研究對(duì)流換熱的目的從定性上講是揭示對(duì)流換熱機(jī)

14、理并針對(duì)具體問題提出強(qiáng)化換 熱措施，從定量上講是能計(jì)算不同形式的對(duì)流換熱問題h及的Q。 對(duì)流換熱的影響因素總的來說包括流體的流動(dòng)起因、流動(dòng)狀態(tài)、換熱面幾何因素、相變及流體熱物性等。亦說明是h一復(fù)雜的過程量，Newton冷卻公式僅僅是其定義式。二. 牛頓冷卻公式 三. 分析法求解對(duì)流換熱問題的實(shí)質(zhì) 分析法求解對(duì)流換熱問題的關(guān)鍵是獲得正確的流體內(nèi)溫度分布，然后利5-用3求式出h，進(jìn)而得到平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 四. 邊界層概念及其應(yīng)用 速度和溫度邊界層的特點(diǎn)及二者的區(qū)別。溫度邊界層內(nèi)流體溫度變化劇烈，是對(duì)流換熱的主要熱阻所在。 數(shù)量級(jí)對(duì)比是推導(dǎo)邊界層微分方

15、程組常用的方法。基于： 五. 相似原理 對(duì)流換熱的主要研究方法是在相似理論指導(dǎo)下的實(shí)驗(yàn)方法。學(xué)習(xí)相似理論，應(yīng)充分理解并掌握三個(gè)要點(diǎn)：如何安排實(shí)驗(yàn)（應(yīng)測(cè)的量）；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和整理方法；所得實(shí)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式推廣應(yīng)用的條件。 準(zhǔn)則數(shù)一般表現(xiàn)為相同量綱物理量或物理量組合的比值，在具體問題中表示的并不是其比值的真正大小，而是該比值的變化趨勢(shì)。 傳熱與流動(dòng)中常見的準(zhǔn)則數(shù)Re、Pr、Nu、Gr、Bi、Fo，其定義和物理意義是應(yīng)該熟練掌握的。 六. 無相變對(duì)流換熱的定量計(jì)算 注意： （ ） 本章難點(diǎn)：

16、對(duì)流換熱機(jī)理和過程的理解 相似原理和相似準(zhǔn)則數(shù)意義的理解 定量計(jì)算 思考題； 1. 管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流換熱，為何采用短管或彎管可以強(qiáng)化流體換熱？ 2. 其它條件相同時(shí)，同一根管子橫向沖刷與縱向沖刷比，哪h個(gè)大的，為什么？ 3. 在地球表面某實(shí)驗(yàn)室內(nèi)設(shè)計(jì)的自然對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，到太空中是否仍有效？為什么？ 4. 由 式中沒有出現(xiàn)流速， h與流體速度場(chǎng)無關(guān)，這樣說對(duì)嗎？ 5. 一般情況下粘度大的流體其Pr也大。由 可知，Pr越大，Nu也越大，從而h 也越大，即粘度大的流體其h也越高，這與經(jīng)驗(yàn)結(jié)論相悖，為什么？ 6. 設(shè)圓管內(nèi)強(qiáng)制對(duì)流處于均勻壁t

17、溫w的條件，流動(dòng)和換熱達(dá)充分發(fā)展階段。流體進(jìn)口 t f ` ，質(zhì)量流量為qm，定壓比熱容為cp，流體與壁面間表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為。h試證明下列關(guān)系 式成立： 式中P為管橫截面周長(zhǎng)，tfx 指流體在截面x處平均溫度。 7. 初溫為35 ℃流量為1.1kg/s的水，進(jìn)入直徑為50mm的加熱管加熱。管內(nèi)壁溫為65 ℃ ，如果要求水的出口溫度為45 ℃ ，管長(zhǎng)為多長(zhǎng)？如果改用四根等長(zhǎng)、直徑25mm為的管子并聯(lián)代替前一根管子，問每根管子應(yīng)為多長(zhǎng)？ 第六章 凝結(jié)與沸騰換熱 要求：

18、通過本章的學(xué)習(xí)，讀者應(yīng)從定性方面掌握凝結(jié)和沸騰兩種對(duì)流換熱方式的特點(diǎn)、影響因素和強(qiáng)化措施，尤其是膜狀凝結(jié)的影響因素和大容器飽和沸騰曲線。從定量上應(yīng)掌握豎壁、水平單管和管束的膜狀凝結(jié)工程計(jì)算，以及大容器核態(tài)沸騰及臨界熱流密度的計(jì)算。 本章重點(diǎn)： 一. 凝結(jié)換熱 1. 現(xiàn)象與特點(diǎn) 產(chǎn)生條件是壁面溫度<蒸氣飽和溫度。珠狀凝結(jié)和膜狀凝結(jié)的特點(diǎn)、熱量傳遞規(guī)h律，>>h 珠狀 膜狀，但不能持久。 2. 豎壁膜狀凝結(jié)分析解 Nusselt分析解基于9條假設(shè)，視液膜內(nèi)只有純導(dǎo)熱。因此要獲得局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，只需獲得該處液膜厚度。 3. 膜狀凝結(jié)的工程計(jì)算 流態(tài)判

19、別(Re迭代法) ；關(guān)聯(lián)式；注意特征長(zhǎng)度和定性溫度 4. 影響因素 掌握膜狀凝結(jié)諸影響因素，尤其是不凝性氣體和蒸氣流速的影響機(jī)理。 5. 凝結(jié)換熱的強(qiáng)化 當(dāng)凝結(jié)熱阻是傳熱過程主要分熱阻時(shí)，強(qiáng)化效果較好。強(qiáng)化的原則主要是破壞或減薄液膜層，或加速液膜的排泄。 二. 沸騰換熱 1. 特點(diǎn) 飽和沸騰和過冷沸騰；大容器沸騰和強(qiáng)制對(duì)流沸騰；沸騰與蒸發(fā)。汽化核心數(shù)是衡量強(qiáng)化沸騰的重要參數(shù)。 2. 大容器飽和沸騰曲線 曲線形式，隨著t，四個(gè)不同區(qū)域的換熱規(guī)律和特點(diǎn)。核態(tài)沸騰是工業(yè)中理想的 工作區(qū)域，其溫差小，換熱強(qiáng)。 3. 沸騰換熱的兩種加

20、熱方式 控制壁溫( 改變壁溫t w與液體飽和溫度ts之差 t=t w-t s，q的大小受沸騰側(cè)影響很大。)控制熱流( 改變壁面處的熱流密度q，q取決于外部施加的條件，而與無h關(guān)) 。 4. 臨界熱流密度qmax的意義 對(duì)熱流可控：使q< qmax，保證設(shè)備安全運(yùn)行不致燒毀對(duì)壁溫可控：使t< t c，保證設(shè)備有較高的傳熱效率 5. 沸騰換熱的工程計(jì)算 計(jì)算公式的擬合誤差一般較大，因?yàn)榉序v換熱機(jī)理復(fù)雜，受加熱表面影響很大。 6. 汽化核心 結(jié)合汽化核心概念理解沸騰換熱機(jī)理，結(jié)合大容器飽和沸騰曲線了解氣泡的生成、長(zhǎng)大、脫離、破裂等規(guī)律 7. 沸騰換熱影響因素和

21、強(qiáng)化 沸騰換熱影響因素就是氣泡生長(zhǎng)運(yùn)動(dòng)的影響因素。強(qiáng)化沸騰換熱的主要出發(fā)點(diǎn)是增加壁面汽化核心數(shù)，基本手段是沸騰表面的特殊加工。 本章難點(diǎn)： 凝結(jié)與沸騰換熱機(jī)理和過程的理解層流膜狀凝結(jié)Nusselt簡(jiǎn)化分析的理解沸騰換熱中燒毀點(diǎn)的理解 思考題： 1. 豎壁傾斜后其凝結(jié)換熱表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)將如何變化？為什么？ 2. 為什么蒸氣中含有不凝性氣體會(huì)影響凝結(jié)換熱的強(qiáng)度？ 3. 兩滴完全相同的水在大氣壓下分別滴在表面溫度120為和400 的鐵板上，哪塊板上的水先被燒干？為什么？ 4. 在電廠動(dòng)力冷凝器中主要冷凝介質(zhì)是水蒸氣，制冷系統(tǒng)的冷凝器中介質(zhì)是氟利昂蒸氣。在

22、工程實(shí)際中常常要強(qiáng)化制冷設(shè)備中的凝結(jié)換熱，而不強(qiáng)化電力設(shè)備中的，為什么？ 5. 壓力為1.013 105Pa的飽和水蒸氣，用壁溫為90 的水平銅管來凝結(jié)。方案一是用一根直徑為10cm的銅管，方案二是用10根直徑為1cm的銅管。其他條件都相同，哪個(gè)方案產(chǎn)生的凝液量多？ 6. 一豎管，管長(zhǎng)為管徑的64倍。為使管子豎放與平放的凝結(jié)表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)相等，必須在豎管上安裝多少個(gè)泄液盤？設(shè)相鄰泄液盤之間距離相等。 第七章 熱輻射基本定律及物體的輻射特性 7-1 熱輻射的基本概念 7-2 黑體輻射基本定律 7-3 實(shí)際物體的發(fā)射特性 7-4

23、實(shí)際物體的吸收特性 要求：本章重點(diǎn)是了解熱輻射的特點(diǎn)，掌握熱輻射的一些基本概念，學(xué)習(xí)并理解描 寫黑體輻射的幾個(gè)基本定律。理解基爾霍夫定律的含義及其作用，了解灰體與、黑特別是灰體與實(shí)際物體的差異。 本章重點(diǎn)： 一. 熱輻射和黑體輻射 1. 熱輻射 1)熱輻射指物體由于熱的原因發(fā)射電磁波的過程。對(duì)工程實(shí)際的大多數(shù)問題來說，熱輻射特性主要是紅外線的特性，因此不能用可見光的理論來解釋。 2)固體和液體的輻射和吸收是在物體表面上進(jìn)行，而氣體卻在整個(gè)容積中進(jìn)行。由此對(duì)固體和液體在研究發(fā)射和吸收特性時(shí)，均只研究半球空間。 3)黑體的定義是吸收比為1的物體，

24、它是研究輻射換熱最重要的簡(jiǎn)化模型。實(shí)際物體 的輻射與吸收都以黑體為參照對(duì)象 。在相同溫度的物體中，黑體的輻射能力和吸收能力都是最大的。 4) “漫射體”和“灰體”是輻射換熱研究中另外兩個(gè)重要模型。漫射體是指輻射特性與方向無關(guān)的物體，灰體是指單色吸收比() 與波長(zhǎng)無關(guān)的物體。 2. 斯蒂芬- 玻爾茲曼(S-B)定律 Eb= T4 w/m2 3. 普朗克(Planck)定律和維恩(Wien)位移定律 Planck定律描述黑體的Eb 隨 變化的規(guī)律。Eb =f( ,T) ，某一T的曲線與橫軸之間的面積代表了該T下的Eb，并且T越高，曲線的峰值越往短波方向移動(dòng)T?。m

25、=常數(shù)就是Wien位移定律。 4. 蘭貝特(Lambert)定律 Lambert定律描述的是黑體輻射能量在半球空間不同方向上的分布規(guī)律。應(yīng)注意此時(shí)是指半球空間某一指定方向全部波長(zhǎng)能量的分布規(guī)律，在不同方向上能量的比較，只有在相同立體角的基礎(chǔ)上才有意義。 Lambert定律表明，雖然黑體輻射沿半球空間各方向的能量不相(沿同表面法線方向最大，切線方向最小)，但定向輻射強(qiáng)度卻相同，這是由于定向輻射力的定義中強(qiáng)調(diào)的是輻射表面的面積，而定向輻射強(qiáng)度中用到的可是見輻射面積，所以表面法線方向可見輻射面積最大，其輻射能亦最大，切線方向可見面積為零，則輻射能也為零。黑體的定向輻射強(qiáng)度=常數(shù)。具

26、有這種特性的表面即為漫射表面。漫射表面并非一定是黑體表面。 5. 黑體輻射函數(shù) Fb(0- )表示某一T下物體在0- 波長(zhǎng)范圍內(nèi)黑體輻射能占同T下黑體輻射力的百分比。它用來計(jì)算黑體或?qū)嶋H物體的輻射。見教材7例-4，7-5。 二. 實(shí)際物體的輻射特性 灰體和漫射體是實(shí)際物體的兩種有效簡(jiǎn)化。 1)物體的發(fā)射率只取決于其表面特,性與外界條件無關(guān) 2)對(duì)同種材料而言一般有 > > 粗糙面 磨光面， 氧化表面 非氧化面 3)光滑表面的 =0.95 n，粗糙表面的 =0.98 n 。工程中一般假定 ( )= n = ，但高度磨光金屬表面=1.2 n 4)實(shí)

27、際物體輻射力并非嚴(yán)格與T4呈正比，但通常仍用T4表示，而把其它復(fù)雜因素歸于中。 5)實(shí)際物體在表面法線方向大約=0~60范圍內(nèi)的定向發(fā)射率均保持常數(shù)，而表面射發(fā)的輻射能絕大部分集中在這一區(qū)域，因此通常認(rèn)為金屬和非金屬表面為漫射表面。三. 實(shí)際物體的吸收特性 實(shí)際物體的吸收特性遠(yuǎn)比其發(fā)射特性復(fù)雜，吸收比不僅取決于自身表面特性，還對(duì)投入輻射的波長(zhǎng)具有選擇性?；殷w是對(duì)實(shí)際物體的吸收比進(jìn)行抽象簡(jiǎn)化后的理想模型，它的 ( ) =常數(shù)。 對(duì)灰體的理解，只要在所研究的輻射能覆蓋的波長(zhǎng)范圍(內(nèi)) 常數(shù)即可，而不必追求對(duì)所有波長(zhǎng)都嚴(yán)格成立 四. 基爾霍夫(Kirchhoff) 定律

28、 Kirchhoff 定律將實(shí)際物體的發(fā)射率與吸收比聯(lián)系起來。(T)= (T) 要求該物體在與黑 體處于熱平衡時(shí)成立。對(duì)漫射灰體而言，則恒(T)=有 (T) ，而不需要附加條件。 1) Kirchhoff 定律的三種不同表達(dá)式及其成立條件 2)研究有太陽輻射的情形時(shí)，不可隨意利用()= ( )這一條件，因?yàn)樘栞椛洳荒? 作為灰體 3)對(duì)漫灰表面 (T)=  (T)，表明同溫度下黑體輻射力最大，善于發(fā)射的物體必善于 吸收，對(duì)黑體 = =1 4)引入Kirchhoff 定律后，物體的與 被聯(lián)系在一起，由于物體的只取決于自身

29、的溫度及表面狀況，一般文獻(xiàn)中只給出的數(shù)據(jù)。 本章難點(diǎn)： 對(duì)輻射強(qiáng)度定義的理解， 對(duì)Lambert定律意義的認(rèn)識(shí) 引入漫灰表面的原因、作用和適用條件 Kirchhoff 定律的成立條件 思考題： 1. 解釋下列名詞：定向輻射強(qiáng)度、立體角、光譜發(fā)射率、灰體、漫射表面 2. 北方深秋的清晨常有霜降，試問樹葉上、下表面的哪一面結(jié)霜？為什么？ 3. “善于發(fā)射的物體必善于吸收”，即物體輻射力越大其吸收比也越大，你認(rèn)為對(duì)嗎？ 4. 窗玻璃對(duì)紅外線幾乎不透明，為什么隔著玻璃曬太陽會(huì)感到暖和？ 5. 選擇太陽能集熱器的表面涂料時(shí)，其( )的最佳

30、曲線應(yīng)是怎樣的？取暖用的輻射采暖片也應(yīng)該用這種涂料嗎？ 6. 白天，投射到水平屋頂上的太陽照G度s=1100w/m2，室外空氣tf =27 ，有風(fēng)吹過時(shí)空氣 與屋頂?shù)膆=25w/mK，屋頂下表面絕熱，上表面發(fā)射率=0.2，對(duì)太陽輻射的吸收比 7. 一個(gè)100W的燈泡在工作時(shí)，鎢絲溫度為778K2，鎢絲表面黑度為0.3。求其發(fā)光效率。 第八章 輻射換熱計(jì)算 8-1 角系數(shù) 8-2 兩固體表面間的輻射換熱 8-3 多表面系統(tǒng)的輻射換熱 8-4 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱 8-5 氣體輻射 要求：本章要求

31、掌握角系數(shù)的定義、性質(zhì)及計(jì)算方法。重點(diǎn)是利用代數(shù)分析法計(jì)算角系數(shù)。還要求讀者熟練運(yùn)用有效輻射概念及輻射網(wǎng)絡(luò)圖對(duì)兩漫灰表面及三個(gè)漫灰表面組成的封閉腔系統(tǒng)進(jìn)行輻射換熱的計(jì)算。理解輻射換熱強(qiáng)化與削弱的原理、遮熱板的原理及應(yīng)用。 本章重點(diǎn)： 一. 角系數(shù) 1. 角系數(shù)反映的是能量分配的關(guān)系，與物體發(fā)射輻射在空間不同方向的分布、兩物體的幾何形狀及物體間距離有關(guān)。 2. 漫發(fā)射體對(duì)其它物體的角系數(shù)是純幾何參數(shù)。 3. 角系數(shù)的相對(duì)性、完整性和可加性是求角系數(shù)的基本關(guān)系式。 二. 物體間的輻射換熱計(jì)算 1. 用漫灰體代替實(shí)際物體，輻射換熱計(jì)算大為簡(jiǎn)化。因?yàn)椋航窍禂?shù)是

32、純幾何參=數(shù)。且 2. 投入輻射G和有效輻射J 一個(gè)輻射面的投入輻射是輻射系統(tǒng)中所有其它輻射面投向該面的熱輻射總和。一個(gè)輻射面的有效輻射是離開這個(gè)面的所有熱輻射，包括本身熱輻射及反射熱輻 射本身熱輻射只與該輻射面的特性有關(guān)，反射熱輻射與其所在的輻射系統(tǒng)有很大關(guān)系。一個(gè)輻射面(J-G)的大小決定了該面是吸收熱量或放出熱量。 3. 表面輻射熱阻和空間輻射熱阻 表面輻射熱阻表示一個(gè)物體參與輻射換熱能力與黑體的差別。其大小與表面的輻射特性吸收特性 都有關(guān)系，只是在= 時(shí)有較為簡(jiǎn)單的表達(dá)式。 空間輻射熱阻表示兩個(gè)輻射面由于空間位置所引起的輻射換熱能力的減小，其大小只與

33、兩表面間的空間結(jié)構(gòu)有關(guān)。 4. 等效網(wǎng)絡(luò)圖法 輻射網(wǎng)絡(luò)畫好后，建立熱輻射方程主要依據(jù)兩個(gè)原理：其一是能量守恒，即流入某一節(jié)點(diǎn)的熱量之代數(shù)和為零；其二是輻射熱流率等于輻射驅(qū)動(dòng)力除以輻射熱阻的原理。 重輻射面和黑體的區(qū)別：雖然看起來二者都J=E有。對(duì)重輻射面來說J=E是一個(gè)浮動(dòng)熱 b b 勢(shì)，它與其它表面的J及空間熱阻有關(guān)。而對(duì)黑體表面來說， J=Eb是源熱勢(shì)，不依賴于其它表面。二者在網(wǎng)絡(luò)圖上亦有區(qū)別。 5. 輻射換熱計(jì)算的要求 我們所討論的輻射換熱計(jì)算是基于如下前提的： 1)封閉腔模型 2)穩(wěn)態(tài)換熱 3)所有表面不透明，但表面被透熱介質(zhì)隔開

34、 4)表面具有漫灰性質(zhì) 5)每一表面的有效輻射J是均勻的。 6)不計(jì)對(duì)流換熱 三. 輻射換熱的強(qiáng)化與削弱 1. 遮熱板的原理：加入一塊遮熱板增加了兩個(gè)表面熱阻和一個(gè)空間熱阻，因此輻射 換熱降低 2. 遮熱板的應(yīng)用：教材例8-9，8-10 四. 氣體輻射特點(diǎn) 氣體輻射對(duì)波長(zhǎng)的選擇性，容積性，不同氣體輻射本領(lǐng)有差“異溫。室效應(yīng)”現(xiàn)象的解 釋 輻射換熱名詞術(shù)語匯總 黑體、灰體、漫射體、封閉腔、重輻射面 輻射力E、光譜輻射力E 、發(fā)射率( 黑度) 、定向輻射強(qiáng)度L、有效輻射J、投入輻射G吸收比 、反射比、穿透比、光譜吸收比(

35、 ) 、黑體輻射函數(shù)Fb(0- ) S-B定律、Planck定律、Wien位移定律、Lambert定律、Kirchhoff 定律 角系數(shù)Xi，j 、角系數(shù)性質(zhì) 表面的凈輻射換熱量i、輻射換熱量 i ，j 、表面輻射熱阻、空間輻射熱阻遮熱板、透熱介質(zhì) 立體角 、網(wǎng)絡(luò)法思考題： 1. 試解釋下列名詞：有效輻射，表面輻射熱阻，重輻射面，遮熱板 2. 黑體和重輻射面都有J=E。是否意味著二者有相同的性質(zhì)？ b 3. 在太陽系中地球和火星距太陽的距離相當(dāng)，為什么火星表面溫度晝夜變化要比地球大得多？ 4. 試求下列各圖情形中的X1，2 5. 一直徑為0.8m的薄壁

36、球形液氧貯存容器，被另一個(gè)直徑1為.2m的同心薄壁容器所包圍。兩容器表面為不透明的漫灰表面，黑度均0為.05，兩容器表面之間是真空的。如果外表面的溫度為300K，內(nèi)表面溫度為95K，試求由于蒸發(fā)使液氧損失的質(zhì)量流量。液氧 的蒸發(fā)潛熱為 。 第九章 傳熱過程與換熱器 9-1 復(fù)合換熱過程 9-2 傳熱過程分析和計(jì)算 9-3 傳熱的增強(qiáng)與削弱 9-4 換熱器 9-5 換熱器的熱計(jì)算 要求：通過本章學(xué)習(xí)，從定量上應(yīng)熟練掌握復(fù)合換熱的分析計(jì)算、傳熱過程的分析計(jì)算、對(duì)數(shù)平均溫差計(jì)算、間壁式換熱器的設(shè)計(jì)和校核計(jì)算。從定性角度應(yīng)掌握

37、傳熱過程的熱阻分析方法、臨界熱絕緣直徑的含義、綜合傳熱問題的分析方法。本章重點(diǎn)： 一. 傳熱過程 1. 傳熱過程的分析方法 工程傳熱計(jì)算中引入傳熱系數(shù)和傳熱過程是因?yàn)榱黧w進(jìn)出口溫度遠(yuǎn)比壁溫容易測(cè)量。傳熱過程是一個(gè)復(fù)雜的物理過程，一個(gè)完整的傳熱過程至少有三個(gè)換熱環(huán)節(jié)串聯(lián) 而成，每個(gè)串聯(lián)環(huán)節(jié)又可能是若干個(gè)換熱方式的并聯(lián)。傳熱系數(shù)應(yīng)理解成復(fù)熱合的換表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。 傳熱系數(shù)計(jì)算是換熱器熱計(jì)算的基礎(chǔ)。對(duì)圓管壁、肋壁計(jì)算傳熱系數(shù)時(shí)，應(yīng)注意以哪一側(cè)面積為基準(zhǔn)，同時(shí)還應(yīng)考慮污垢熱阻的影響。 有效利用熱阻分析法分析實(shí)際的傳熱過程，分析強(qiáng)化與削弱傳熱的效果。 比較傳熱

38、過程壁面兩側(cè)的熱阻大小應(yīng)以總面積熱1/hA阻為依據(jù)，而不能光看單位面積熱阻1/h。參例9-2。 2. 臨界熱絕緣直徑 在熱量傳遞方向上面積發(fā)生變化時(shí)，表面加保溫層一方面使導(dǎo)熱熱阻增加，但卻 使對(duì)流熱阻減小，因此在圓柱或球的外表面加保溫層都存在臨界熱絕緣直徑的問題。一般動(dòng)力管道能滿足d2>dc，無須考慮臨界熱絕緣直徑。工業(yè)輸電線直徑很小，外加絕緣層還能起到增加散熱的作用。 二. 換熱器型式及對(duì)數(shù)平均溫差 1. 對(duì)數(shù)平均溫差 因?yàn)槔錈崃黧w溫度沿?fù)Q熱面不斷變化，才引入對(duì)數(shù)平均溫差。 對(duì)數(shù)平均溫差的物理意義：即冷熱流體溫度分布曲線之間的面積大小。 2.

39、各種流動(dòng)型式的比較 冷熱流體進(jìn)出口溫度一樣時(shí)，逆流的對(duì)數(shù)平均溫差最大，順流最小。其余流動(dòng)形式介于其間。 逆流換熱器有較高的效率，但是冷熱流體各自最高溫度位于換熱器同側(cè)，對(duì)材料要求高。所以常在高溫區(qū)布置為順流，在低溫區(qū)布置成逆流，以避免冷熱流體的最高溫度在同一側(cè)。 三. 換熱器的熱計(jì)算 設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算是換熱器熱計(jì)算的兩種基本類型。二者最大的區(qū)別是已知條件中是否有kA。從步驟上看設(shè)計(jì)計(jì)算通常無須迭代，校核計(jì)算常用迭代法。迭代收斂的判據(jù)是熱平衡偏差小于5%。 方法在校核計(jì)算時(shí)也需假定溫度以獲k得，但流體溫度假定的偏差大小k對(duì)的影響 不大，LMTD法中溫度的假定

40、直接影響Q的大小。從這一角度說 方法有一定優(yōu)越性，但LMTD法中可以清楚地知道值的大小，以便評(píng)價(jià)換熱器流動(dòng)形式的優(yōu)劣。實(shí)際應(yīng)用中采用何方法多是行業(yè)習(xí)慣所然 思考題： 1. 在換熱器流體溫度變化圖中，冷熱流體溫度變化大小與其熱容量有何關(guān)系？ 2. 對(duì)殼管式換熱器來說，兩種流體在下列情況下如何布置才?1)合理清潔與不清潔的；2)腐蝕性大與小的；3)溫度高與低的；4)壓力大與小的；5)流量大與小的；6)粘度大與小的。 3. 為強(qiáng)化一臺(tái)冷油器的傳熱，有人提高冷卻水的流速，效果卻不明顯，試分析原因。 4. 熱水在兩根相同的管內(nèi)同速流動(dòng)，管外分別采用空氣和水進(jìn)行冷卻。經(jīng)過一段

41、時(shí)間后管內(nèi)生成一樣厚度的水垢。試問水垢對(duì)哪一根管子的傳熱系數(shù)影響大？為什么？ 5. 一種工業(yè)流體在順流換熱器中被油300從 ℃冷卻到140 ℃，油的進(jìn)出口溫度分別是44 ℃和124 ℃。試確定： 1)傳熱面積足夠大時(shí),該流體在順流換熱器中能冷到的最低溫度； 2)傳熱面積足夠大時(shí),該流體在逆流換熱器中能冷到的最低溫度； 3)流體進(jìn)出口溫度相同時(shí),順流與逆流換熱器傳熱面積之比。假定兩種情形k和的Q相同。 6. 有一逆流式換熱器，用30℃冷水將100℃機(jī)油冷卻到60℃，已知水和油的流量分別是 0.6kg/h、0.1kg/h。求換熱器的傳熱面積。設(shè)k=400W/m2K。